基于Internet的嵌入式多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)
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目前市面上生產(chǎn)的大多數(shù)溫度監(jiān)控系統(tǒng)均采用RS 485通信方式，存在著監(jiān)控范圍小、布線繁瑣等局限性。而當(dāng)今世界Internet技術(shù)飛速發(fā)展，為建立基于In-ternet的遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。將以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)為核心的嵌入式設(shè)備體積小，成本低與Inter-net應(yīng)用廣、傳遞速度快的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)建出方便、快捷、經(jīng)濟(jì)的遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)不僅降低了成本，縮短了開發(fā)周期，而且突破了RS 485等傳統(tǒng)通信方式的時(shí)空限制和地域障礙，使大范圍內(nèi)的溫度監(jiān)控變得容易。這里設(shè)計(jì)的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)控制范圍大且利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，不必重新布線，可有效實(shí)現(xiàn)對溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
整個遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分：
上位機(jī)為遠(yuǎn)端監(jiān)控模塊，含PC機(jī)內(nèi)人機(jī)交互界面、聲光報(bào)警系統(tǒng)和打印機(jī)等。主要是在Windows環(huán)境下通過VB開發(fā)上位機(jī)以太網(wǎng)通信軟件，具有以下功能：
數(shù)據(jù)采集及分析：實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)并繪制溫度變化曲線圖，以便對溫度變化進(jìn)行直觀分析。
系統(tǒng)設(shè)置 在線設(shè)置溫度上下限值。
溫度報(bào)警可根據(jù)設(shè)定好的溫度上下限值判斷是否觸發(fā)聲光報(bào)警。
遠(yuǎn)程控制 根據(jù)已設(shè)溫度上下限值判斷是否遠(yuǎn)控空調(diào)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場溫度調(diào)節(jié)。
下位機(jī)為現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備，包括測溫模塊、處理控制模塊和Internet通信模塊三大部分。
整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，下面對各模塊作分別介紹。
(1)測溫模塊。該模塊使用6片Dallas最新數(shù)字溫度傳感器DS1825構(gòu)建多點(diǎn)溫度測量網(wǎng)絡(luò)，通過單總線連接到MCU通用I／O口。由于每片DS1825都有其單獨(dú)的識別碼，MCU通過單總線規(guī)定的時(shí)序要求就能與溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，獲取每片DS1825內(nèi)的溫度信息。DS1825是美國Dallas半異體公司繼DS18820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式；可以分別在93．75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量采集；從DS1825讀出信息或?qū)懭胄畔H需要1根口線(單線接口)；溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可向所掛接的DS1825供電，而無需額外電源。使用DS1825可使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。在此設(shè)定的DS1825分辨率為12位模式，即0．062 5℃。
實(shí)際溫度=溫度整數(shù)部分+溫度小數(shù)部分×0．062 5
(2)處理控制模塊。處理控制模塊由MCU控制器、1602 LCD液晶顯示器、外部數(shù)據(jù)存儲器24C04、穩(wěn)壓電源、時(shí)鐘振蕩電路、蜂鳴器、鍵盤矩陣和由繼電器控制的空調(diào)機(jī)等組成。MCU采用美國Atmel公司的8位C51單片機(jī)AT89S52，片內(nèi)含8 KB的E2PROM和256 B的RAM。該處理控制模塊的工作過程為：上電完成初始化后，MCU讀取存儲在外存24C04中的上次已設(shè)置好的溫度上下限值和保存的采樣間隔值，然后進(jìn)入主循環(huán)。根據(jù)采樣間隔時(shí)間，MCU讀取各數(shù)字溫度傳感器DS1825內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)點(diǎn)亮LCD以便顯示當(dāng)前所測溫度值，并根據(jù)已設(shè)置好的溫度上下限值來確定是否驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警且控制空調(diào)機(jī)工作進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。本模塊有良好的交互性能，利用鍵盤中斷可在線隨時(shí)設(shè)置溫度上下限值、采樣間隔時(shí)間值并可將這些數(shù)據(jù)保存至外存中。該模塊電路圖如圖2所示。
(3)Internet網(wǎng)絡(luò)通信模塊。要使單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)接入Internel網(wǎng)絡(luò)，必須解決以太網(wǎng)的接入問題，就要用到專門的以太網(wǎng)控制器。本系統(tǒng)采用MCU+TCP／IP協(xié)議芯片相結(jié)合的Internet接入方案。具體來說：采用RTL8019AS以太網(wǎng)控制芯片，利用10Base-T布線標(biāo)準(zhǔn)通過雙絞線進(jìn)行和上位機(jī)的以太網(wǎng)通信。RTL8019AS芯片是臺灣Realtek公司的基于ISA總線的10Mb／s以太網(wǎng)控制器芯片，它集成了介質(zhì)訪問控制子層(MAC)和物理層的功能，可以方便地設(shè)計(jì)基于ISA總線的通信系統(tǒng)，也可以比較簡單地與單片機(jī)進(jìn)行接口。RTL8019AS內(nèi)嵌TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，具有耗電量低、接口簡單、程序設(shè)計(jì)量少的優(yōu)點(diǎn)，是用來進(jìn)行以太網(wǎng)接入Internet通信的理想芯片。系統(tǒng)上電后，MCU對RTL8019AS內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置和控制，完成復(fù)位和初始化后，就能正常地通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。
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